BAB VII UTILITAS Utilitas merupakan unit penunjang utama dalam memperlancar jalannya suatu proses produksi. Dalam suatu pabrik, utilitas memegang peranan yang penting. Karena suatu proses produksi dalam suatu pabrik tidak akan berjalan dengan baik jika utilitas tidak ada. Oleh sebab itu, segala sarana dan prasarananya harus dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menjamin kelangsungan operasi suatu pabrik. Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada pabrik pembuatan gliserol dari Crude Palm Oil (CPO) dan air adalah sebagai berikut: 1. Kebutuhan uap (steam) 2. Kebutuhan air 3. Kebutuhan listrik 4. Kebutuhan bahan bakar 5. Unit pengolahan limbah 7.1 Kebutuhan Uap (Steam) Uap digunakan dalam pabrik sebagai media pemanas. Kebutuhan uap yang digunakan yaitu kebutuhan uap 260 oC untuk Reaktor Hidrolisis dan untuk alat yang lain (superheated steam). Kebutuhan uap pada pabrik pembuatan gliserol dapat dilihat pada Tabel 7.1 di bawah ini. Tabel 7.1 Kebutuhan Uap Pabrik Pembuatan Gliserol Jumlah Steam Nama alat Evaporator (EV-01) (kg/jam) 936,4897 39 Flash Distilasi (FD-01) 512,1308 Heat Exchanger (HE-01) 9564,7062 Heat Exchanger (HE-02) 325,3854 Fat Splitting Tank (R-01) 71,6927 11410,4048 Total Tambahan untuk faktor keamanan sebesar 20% (Perry, et al. 1997), maka total steam yang dibutuhkan yaitu: 20% x 11410,4048 = 13692,4857 kg/jam. Diperkirakan 80% kondensat dapat digunakan kembali maka kondensat yang dapat digunakan kembali adalah : 80% × 13692,485 = 10953,9886 kg/jam Kebutuhan air tambahan untuk boiler : (13692,4857-10953,9886) kg/jam = 2738,4971 kg/jam 7.2 Kebutuhan Air Dalam proses produksi, air memegang peranan penting, baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Adapun kebutuhan air pada pabrik pembuatan gliserol ini adalah sebagai berikut: Air untuk umpan boiler = 4571,6 kg/jam Air Pendingin : Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin pada Alat Nama alat Heat Exchanger (HE-03) Total Jumlah Air Pendingin (kg/jam) 5869,665 5869,665 40 Air pendingin bekas digunakan kembali setelah didinginkan dalam menara pendingin air. Dengan menganggap terjadi kehilangan air selama proses sirkulasi, maka air tambahan yang diperlukan adalah jumlah air yang hilang karena penguapan, drift loss, dan blowdown (Perry et al, 1997). Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan: We = 0,00085 Wc (T2 – T1) Di mana: (Perry et al, 1997) Wc = jumlah air masuk menara T1 = temperatur air masuk T2 = temperatur air keluar Maka, We = (0,00085 5869,665 (140-86)) = 269,4176 kg/jam Air yang hilang karena drift loss biasanya 0,1 – 0,2 % dari air pendingin yang masuk ke menara air (Perry et al, 1997). Ditetapkan drift loss 0,2 %, maka: Wd = 0,002 5869,665 = 11,7393 kg/jam Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3 – 5 siklus (Perry et al, 1997). Ditetapkan 5 siklus, maka: kg/jam Sehingga air tambahan yang diperlukan = We + Wd + Wb = 269,4176+ 11,7393 + 67,3544 = 348,5113 kg/jam 41 Air proses Tabel 7.3 kebutuhan air proses pada alat Nama alat Jumlah Air (kg/jam) Fat Splitting Tank 8431,2508 Total 8431,2508 Air untuk berbagai kebutuhan a. Kebutuhan air domestik Kebutuhan air domestik untuk tiap orang/shift adalah 40 – 100 ltr/hari (Met Calf & Edy, 1991) Diambil dari 1 liter /hari x = 4,167 ρair = 996,23 kg/m3 = 0,99623 kg/liter Jumlah karyawan = 145 orang Maka total air domestik = 4,167 x 145 = 604,215 ltr/jam x 0,99623 kg/liter = 601,93 kg/jam b. Kebutuhan air laboratorium Kebutuhan air untuk laboratorium adalah 1000 – 1800 ltr/hari. (Metcalf & Eddy 1991) Maka diambil 1300 ltr/hari = 54,17 kg/jam c. Kebutuhan air kantin dan tempat ibadah Kebutuhan air untuk kantin dan tempat ibadah adalah 400 – 120 ltr/hari. (Metcalf & Eddy, 1991) Maka diambil 100 ltr/hari = 4,167 kg/jam ρair = 996,23 kg/m3 = 0,99623 kg/liter Pengunjung rata –rata = 110 orang Maka total kebutuhan airnya = 4,167 x 110 = 458,333 ltr/jam x 0,99623 kg/ltr = 456,6 kg/jam 42 d. Kebutuhan air poliklinik Kebutuhan air untuk poliklinik adalah 1000 – 1500 ltr/hari. (Metcalf & Eddy, 1991) Maka diambil 1200 ltr/hari = 50 kg/jam Tabel 7.4 Pemakaian air untuk berbagai kebutuhan Kebutuhan Jumlah air (kg/jam) Domestik dan Kantor 601,93 Laboratorium 54,17 Kantin dan tempat ibadah 456,6 Poliklinik 50 Total 1162,7 Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah = 2738,4971 + 348,5113 + 8431,2508 +1162,7 = 12680,969 kg/jam Sumber air untuk pabrik pembuatan gliserol dari cpo dan air adalah dari Sungai sekitar perkebunan kelapa sawit PTPN V Pekanbaru. Unit Pengolahan Air Kebutuhan air untuk pabrik pembuatan gliserol ini diperoleh dari sungai yang terletak di sekitar pabrik. Untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air (water reservoar) yang juga merupakan tempat pengolahan awal air sungai. Pengolahan ini meliputi penyaringan sampah dan kotoran yang terbawa bersama air. Selanjutnya air dipompakan ke lokasi pabrik untuk diolah dan digunakan sesuai dengan keperluannya. Pengolahan air di pabrik terdiri dari beberapa tahap, yaitu (Degremont, 1991) : 1. Screening 2. Sedimentasi 3. Koagulasi dan flokulasi 43 4. Filtrasi 5. Demineralisasi 6. Deaerasi 7.2.1 Screening Tahap screening merupakan tahap awal dari pengolahan air. Adapun tujuan screening adalah (Degremont, 1991): Menjaga struktur alur dalam utilitas terhadap objek besar yang mungkin merusak fasilitas unit utilitas. Memudahkan pemisahan dan menyingkirkan partikel-partikel padat yang besar yang terbawa dalam air sungai. Pada tahap ini, partikel yang besar akan tersaring tanpa bantuan bahan kimia. Sedangkan partikel-partikel yang lebih kecil akan terikut bersama air menuju unit pengolahan selanjutnya. 7.2.2 Sedimentasi Setelah air disaring pada tahap screening, di dalam air tersebut masih terdapat partikel-partikel padatan kecil yang tidak tersaring pada screening. Untuk menghilangkan padatan-padatan tersebut, maka air yang sudah disaring tadi dimasukkan ke dalam bak sedimentasi untuk mengendapkan partikel-partikel padatan yang tidak terlarut. 7.2.3 Koagulasi dan Flokulasi Koagulasi dan flokulasi merupakan proses penghilangan kekeruhan di dalam air dengan cara mencampurkannya dengan larutan Al2(SO4)3 dan Na2CO3 (soda abu). Larutan Al2(SO4)3 berfungsi sebagai koagulan utama dan larutan Na2CO3 sebagai bahan koagulan tambahan yaitu berfungsi sebagai bahan pambantu untuk mempercepat pengendapan dan penetralan pH. Pada bak clarifier, akan terjadi proses koagulasi dan flokulasi. Tahap ini bertujuan menyingkirkan Suspended Solid (SS) dan koloid (Degremont, 1991) : 44 Koagulan yang biasa dipakai adalah alum. Reaksi hidrolisis akan terjadi menurut reaksi : M3+ + 3 H2O M(OH)3 + 3H+ Dalam hal ini, pH menjadi faktor yang penting dalam penyingkiran koloid. Kondisi pH yang optimum penting untuk terjadinya koagulasi dan terbentuknya flok-flok (flokulasi). Koagulan yang biasa dipakai adalah larutan alum Al2(SO4)3. Sedangkan pengatur pH dipakai larutan soda abu Na2CO3 yang berfungsi sebagai bahan pembantu untuk mempercepat pengendapan dan penetralan pH. Dua jenis reaksi yang akan terjadi adalah (Degremont, 1991) : Al2(SO2)3 + 6 Na2CO3 + 6H2O 2Al(OH)3 + 12Na+ + 6HCO3- + 3SO43- 2Al2(SO4)3 + 6 Na2 CO3 + 6H2O 4Al(OH)3 + 12Na+ + 6CO2 + 6SO43- Pemakaian larutan alum umumnya hingga 50 ppm terhadap jumlah air yang akan diolah, sedangkan perbandingan pemakaian alum dan abu soda = 1 : 0,54 (Crities, 2004). Perhitungan alum dan abu soda yang diperlukan : Total kebutuhan air = 12680,969 kg/jam Pemakaian larutan alum = 50 ppm Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50 = 27 ppm Larutan alum Al2(SO4)3 yang dibutuhkan = 50.10-6 × 12680,969 = 0,634 kg/jam Larutan abu soda Na2CO3 yang dibutuhkan = 27.10-6 × 12680,969 = 0,3423 kg/jam 45 7.2.4 Filtrasi Filtrasi dalam pemurnian air merupakan operasi yang sangat umum dengan tujuan menyingkirkan Suspended Solid (SS), termasuk partikulat BOD dalam air (Metcalf & Eddy, 1991) . Material yang digunakan dalam medium filtrasi dapat bermacam-macam : pasir, antrasit (crushed anthracite coal), karbon aktif granular (Granular Carbon Active atau GAC), karbon aktif serbuk (Powdered Carbon Active atau PAC) dan batu garnet. Penggunaan yang paling umum dipakai di Afrika dan Asia adalah pasir dan gravel sebagai bahan filter utama, menimbang tipe lain cukup mahal (Kawamura, 1991). Unit filtrasi dalam pabrik pembuatan vinil asetat menggunakan media filtrasi granular (Granular Medium Filtration) sebagai berikut : 1. Lapisan atas terdiri dari pasir hijau (green sand). Lapisan ini bertujuan memisahkan flok dan koagulan yang masih terikut bersama air. Lapisan yang digunakan setinggi 10 in (25,4 cm). 2. Untuk menghasilkan penyaringan yang efektif, perlu digunakan medium berpori misalnya atrasit atau marmer. Untuk beberapa pengolahan dua tahap atau tiga tahap pada pengolahan effluent pabrik, perlu menggunakan bahan dengan luar permukaan pori yang besar dan daya adsorpsi yang lebih besar, seperti Biolite, pozzuolana ataupun Granular Active Carbon/GAC) (Degremont, 1991). Pada pabrik ini, digunakan antrasit setinggi 20 in (50,8 cm). 3. Lapisan bawah menggunakan batu kerikil/gravel setinggi 16 in (40,64 cm) (Metcalf & Eddy, 1991). Bagian bawah alat penyaring dilengkapi dengan strainer sebagai penahan. Selama pemakaian, daya saring sand filter akan menurun. Untuk itu diperlukan 46 regenerasi secara berkala dengan cara pencucian balik (back washing). Dari sand filter, air dipompakan ke bak penampungan air sebelum didistribusikan untuk berbagai kebutuhan. Untuk air domestik, laboratorium, kantin, dan tempat ibadah, serta poliklinik, dilakukan proses klorinasi, yaitu mereaksikan air dengan klor untuk membunuh kuman-kuman di dalam air. Klor yang digunakan biasanya berupa kaporit, Ca(ClO)2. Perhitungan kebutuhan kaporit, Ca(ClO)2 : Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 1162,7 kg/jam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 % Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air. Total kebutuhan kaporit= (2.10-6 × 1162,7)/0,7 = 0,00332 kg/jam 7.2.5 Demineralisasi Air untuk umpan ketel dan proses harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi, dimana alat demineralisasi dibagi atas : a. Penukar kation Berfungsi untuk mengikat logam – logam alkali dan mengurangi kesadahan air yang digunakan. Proses yang terjadi adalah pertukaran antara kation Ca, Mg, dan Mn yang larut dalam air dengan kation hidrogen dan resin. Resin yang digunakan bertipe gel dengan merek IR–22 (Lorch, 1981). Reaksi yang terjadi : 2H+R + Ca2+ Ca2+R + 2H+ 47 2H+R + Mg2+ Mg2+R + 2H+ 2H+R + Mn2+ Mn2+R + 2H+ Perhitungan kesadahan kation : Air Sungai mengandung kation Fe2+, Cd2+, Pb2+, Mn2+, Ca2+, Zn2+, Al3+ dan Mg2+ masing-masing 0 mg/L, 0 mg/L, 0 mg/L, 0 mg/L, 10,5 mg/L, 0 mg/L, 0,004 mg/L, dan 26,29 mg/L (Tabel 7.5). Total kesadahan kation = (0 + 0 + 0 + 0 + 10,5 + 0 + 0,004 + 26,29) mg/L = 36,794 mg/L = 0,0368 g/L Jumlah air yang diolah = 2738,497 kg/jam Kesadahan air = 0,0368 gr/L × 2748,8327 L/jam × 24 jam/hari × 10-3 kg/gr = 2,4273 kg/hari Ukuran Cation Exchanger Jumlah air yang diolah = 2738,497 kg/jam = 12,1026 gal/menit Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh : - Diameter penukar kation = 2 ft – 0 in - Luas penampang penukar kation = 3,14 ft2 - Jumlah penukar kation = 1 unit Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 2,4273 kg/hari Dari Tabel 12.2, Nalco, 1988, diperoleh : - Kapasitas resin = 20 kgr/ft3 - Kebutuhan regenerant = 6 lb H2SO4/ft3 resin Kebutuhan resin = Tinggi resin = 48 Perhitungan kesadahan anion : Perhitungan Kesadahan Anion Air Sungai Garut mengandung Anion : Cl-, SO 2-, CO 2-, masing-masing 10,3 mg/L, 99,36 mg/L, 0 mg/l Total kesadahan anion = (10,3 + 99,36 + 0) mg/L = 103,39 mg/L = 0,1094 gr/L Jumlah air yang diolah = 2738,497 kg/jam Ukuran Anion Exchanger Jumlah air yang diolah = 2738,497 kg/jam = 12,1026 gal/menit Dari Tabel 12.4 , The Nalco Water Handbook, diperoleh: - Diameter penukar anion = 2 ft – 0 in - Luas penampang penukar anion = 3,14 ft2 - Jumlah penukar anion = 1 unit 7.2.6 Deaerator Deaerator berfungsi untuk memanaskan air yang keluar dari alat penukar ion (ion exchanger) dan kondensat bekas sebelum dikirim sebagai air umpan ketel. Pada deaerator ini, air dipanaskan hingga 90 °C supaya gas-gas yang terlarut dalam air, seperti O2 dan CO2 dapat dihilangkan, sebab gas-gas tersebut dapat menyebabkan korosi. Pemanasan dilakukan dengan menggunakan koil pemanas. 7.3 Kebutuhan Listrik Tabel 7.5 Perincian Kebutuhan Listrik No. Pemakaian Jumlah (Hp) 1. Unit proses 280 2. Unit utilitas 1400 49 3. Ruang kontrol dan Laboratorium 30 4. Bengkel 40 5. Penerangan dan perkantoran 30 6. Perumahan 100 1880 Total Total kebutuhan listrik = 1880 hp × 0,7457 kW/Hp = 1401,916 kW Efisiensi generator 80 %, maka : Daya output generator = 1401,916 / 0,8 = 1752,395 kW 7.4 Kebutuhan Bahan Bakar Bahan bakar yang digunakan untuk ketel uap dan pembangkit tenaga listrik (generator) adalah minyak solar, karena minyak solar memiliki efisiensi dan nilai bakar yang tinggi. Keperluan bahan bakar generator Nilai bahan bakar solar = 19860 Btu/lbm (Perry dkk, 1999) Densitas bahan bakar solar = 0,89 kg/L Daya output generator = 1752,395 kW Daya generator yang dihasilkan = 1752,395 kW x (0,9478 Btu/det.kW) x 3600 det/jam = 5979311,932 Btu/jam Jumlah bahan bakar = (5979311,932 Btu/jam)/(19860 Btu/lbm / 0,45359 kg/lbm) = 136,5637 kg/jam Kebutuhan solar = (136,5637 kg/jam) / (0,89 kg/ltr) 50 = 153,442 liter/jam Keperluan bahan bakar boiler BO-01 Uap yang dihasilkan ketel uap = 2214,8383 kg/jam Entalpi superheated steam (150 °C) = 2776,2 kJ/kg(Smith, 2001) Entalpi air kondensat (90 °C) = 376,92 kJ/kg(Smith, 2001) Panas yang dibutuhkan boiler = 2214,8383 kg/jam x (2776,2 – 376,92) kJ/kg = 5314017,284 kJ/jam Efisiensi boiler = 85 % Panas yang harus disuplai BO-01 = (5314017,284 kJ/jam)/0,85 = 6251785 kJ/jam Keperluan bahan bakar boiler BO-02 Uap yang dihasilkan boiler = 11477,647 kg/jam Entalpi superheated steam (275 °C) = 2817 kJ/kg (Smith, 2001) Entalpi air kondensat (222 °C) (Smith, 2001) = 898,182 kJ/kg Panas yang dibutuhkan boiler: = 11477,647 kg/jam x (2817 – 898,182 ) kJ/kg = 22023516 kJ/jam Efisiensi boiler = 85 % Panas yang harus disuplai BO-02 = (22023516 kJ/jam)/0,85 = 25910019,42 kJ/jam Panas total yang harus disuplai boiler = 6251785 + 25910019= 32161804 kJ/jam Nilai bahan bakar solar = 24763 Btu/lb = 46162,07 kJ/kg Jumlah bahan bakar (Perry et al, 1999) = (32161804 kJ/jam)/(46162,07 kJ/kg) = 696,71492 kg/jam 51 Kebutuhan solar = (696,71492 kg/jam)/(0,89 kg/ltr) = 782,8257 liter/jam Total kebutuhan solar = (782,8257 + 47,3386) liter/jam = 830,1643 liter/jam 7.5 Unit Pengolahan Limbah Limbah dari suatu pabrik harus diolah sebelum dibuang ke badan air atau atmosfer, karena limbah tersebut mengandung bermacam-macam zat yang dapat membahayakan alam sekitar maupun manusia itu sendiri. Demi kelestarian lingkungan hidup, maka setiap pabrik harus mempunyai unit pengolahan limbah. Pada pabrik pembuatan gliserol ini dihasilkan limbah cair dan padat terlarut dari proses industrinya. Sumber-sumber limbah cair-padat pada pembuatan gliserol ini meliputi: 1. Limbah cair hasil pencucian peralatan pabrik Limbah ini diperkirakan mengandung kerak dan kotoran-kotoran yang melekat pada peralatan pabrik. 2. Limbah laboratorium Limbah yang berasal dari laboratorium ini mengandung bahan-bahan kimia yang digunakan untuk menganalisa mutu bahan baku yang dipergunakan untuk penelitian dan pengembangan proses. 3. Limbah Domestik Limbah ini mengandung bahan organik sisa pencernaan yang berasal dari kamar mandi di lokasi pabrik, serta limbah dari kantin berupa limbah padat dan limbah cair. 52 Perhitungan untuk Sistem Pengolahan Limbah Diperkirakan jumlah air buangan pabrik: • Dari pencucian peralatan pabrik Limbah cair hasil pencucian peralatan pabrik = 100 liter/jam • Dari laboratorium diperkirakan • Limbah domestik dan kantor = 50 liter/jam Diperkirakan air buangan tiap orang 18 ltr/hari jadi jumlah limbah domestik dan kantor : (Metcalf 5 Eddy, hal : 19, 1991) 145 x 18 liter/hari x Total air buangan = 100 + 50 + 108,75 = 258,75 ltr/jam = 0,2587 m3/jam Asumsi menggunakan BOD5 pabrik oleokimia : BOD5 = 507 mg/l (P.T. SOCI, Februari 2006) Dari nilai BOD5 di atas, maka dipilihlah pengolahan limbah cair pabrik pembuatan gliserol dengan menggunakan activated sludge (sistem Lumpur aktif). Selain itu, metode ini mudah dalam penggunaannya dan murah dalam pengadaannya. Juga mengingat cara ini dapat menghasilkan effluent dengan BOD yang lebih rendah (20-30 mg/l) dan karakteristik limbah proses yang mayoritas campuran berjenis limbah organik (Perry, 1997). 53
